Методические указания к выполнению контрольной работы

Тема 1.

Электрические цепи постоянного тока.

Электрическая цепь. Основные понятия электрических цепей: электрический ток, напряжение, электродвижущая сила, сопротивление, проводимость. Закон Ома.Эквивалентные преобразования пассивных участков электрической цепи. Работа и мощность электрического тока. Режимы работы электрической цепи. Энергетические соотношения в цепях постоянного тока. Законы Кирхгофа. Расчет электрических цепей постоянного тока. Расчет нелинейных цепей постоянноготока.

Тема 2.

Электромагнетизм и электромагнитная индукция.

Магнитные цепи: общие сведения, расчет. Свойства ферромагнитных материалов. Аналогия магнитных и электрических цепей. Электромагниты. Закон электромагнитной индукции. Индуктивность и взаимная индуктивность.

Тема 3.

Электрические цепи переменного тока.

Однофазные электрические цепи синусоидального тока. Основные понятия и определения, характеристики, единицы измерения, графическое изображение. Активные и реактивные элементы в цепи переменного тока: характеристики. Векторные диаграммы. Цепь переменного тока с активным и индуктивным сопротивлением. Цепь переменного тока с емкостью. Расчет цепи. Цепь переменного тока с последовательным соединением активного сопротивления, катушки индуктивности и емкости. Цепь переменного тока с параллельным соединением катушки индуктивности и конденсатора. Мощность в цепи переменного тока. Коэффициент мощности. Резонанс напряжений. Резонанс токов. Несинусоидальные токи: основные понятия и определения. Действующие значения несинусоидальных электрических величин. Расчеты. Электрические цепи переменного тока с нелинейными элементами. Основные понятия и определения. Индуктивная катушка с ферромагнитным сердечником в цепи переменного тока.

Трехфазная система - определение, открытие, применение. Соединение обмоток трехфазного генератора и потребителей по схемам «звезда» и «треугольник». Расчет трехфазной цепи. Мощности в трехфазной цепи.

Тема 4.

Электроизмерительные приборы и электрические измерения.

Электроизмерительные приборы и электрические измерения, понятие.

Виды погрешностей. Классификация, условные обозначения. Эксплуатация измерительных приборов. Системы электроизмерительных приборов: магнитоэлектрическая, электромагнитная. электродинамическая, индукционная. Электрические измерения в цепях постоянного и однофазного переменного тока. Расширение пределов измерений.

Тема 5.

Электрические машины и основы электрического привода.

Общие сведения о трансформаторах. Режимы работы трансформаторов (х.х., к.з.). Трехфазный трансформатор: назначение, устройство, группы и схемы соединения, параллельная работа. Измерительные трансформаторы: назначение и устройство.

Основные сведения об электрических машинах. Генераторы постоянного тока. Машины постоянного тока. Асинхронные машины: классификация, устройство АД с фазным ротором, и короткозамкнутым ротором. Пуск двигателей, регулирование частоты вращения. Синхронные машины: устройство, принцип действия. Однофазные двигатели и двигатели малой мощности, назначение.

Тема 5. Электронные приборы и устройства

Общие сведения. Основные понятия и приборы. Полупроводниковые диоды: выпрямительные, стабилитроны, светодиоды. Биполярные транзисторы: устройство, принцип действия, характеристики, параметры, условные обозначения, схемы включения. Ключевой режим работы. Полевые транзисторы: типы, схемы включения, принцип действия. Классификация тиристоров, их условные обозначения. Устройство, принцип действия диодных тиристоров, их характеристики и параметры. Применение и классификация преобразователей. Выпрямители, инверторы, стабилизаторы. Принцип действия однофазных выпрямителей. Трехфазные выпрямители. Сглаживающие фильтры. Линейные стабилизаторы напряжения. Классификация усилителей, их параметры и характеристики, режим работы.

Методические указания к выполнению контрольной работы

По дисциплине «Электротехника и электроника» каждый студент выполняет одну контрольную работу.

При выполнение контрольной работы необходимо соблюдать следующие требования:

1. Написать условие задачи и поставленные в контрольной работе вопросы.

2. Перед вычислением привести формулы, а затем уже сами вычисления в развернутом виде. Обязательно указать размерность (единицы измерения величин, входящих в формулу). Расчеты производить в системе СИ. Необходимые для решения величины и коэффициенты, не указанные в задании, принимаются на основании учебного материала со ссылкой на источник. Все вычисления выполняются с точностью не более трех знаков после запятой.

3. При оформлении контрольной работы необходимо выполнять требования ГОСТ 2.105-95 «Общие требования к текстовым документам», схемы должны быть вычерчены карандашом с соблюдением требований ГОСТ (допускается выполнение контрольной работы с применением ПК).

4. В работе необходимо оставлять поля для замечаний и место в конце работы для заключения рецензента.

5. Контрольная работа должна иметь список использованных источников, дату и подпись студента.

6. Не зачтенная контрольная работа высылается на повторную рецензию вместе с первоначальной работой и замечаниями рецензента. Исправление ошибок в отрецензированном тексте не допускается. Все исправления необходимо выполнять ПОСЛЕ замечаний рецензента.

7. Каждый студент выполняет вариант контрольной работы согласно присвоенному шифру по последним цифрам в соответствии с таблицей вариантов.

8. Пример выбора заданий:

Последняя цифра шифра	Вариант задач	Номер задачи	Номера теоретических вопросов

		х			х
			х			х
				х			х
					х			х
		х				х
			х				х
				х				х
		х			х
			х			х
				х			х

Примеры решения задач

Пример 1.

В цепи постоянного тока со смешанным соединением резисторов определить токи, напряжения и мощности каждого участка, составить уравнение баланса мощностей. Ответить на вопрос: как изменится величина напряжения U₆, если один из резисторов замкнуть накоротко?

Дано: U = 100 В R1 = 8 Ом R2 = 30 Ом R3 = 17 Ом R4 = 24 Ом R5 = 7 Ом R6 = 8 Ом R4 замкнут накоротко

Решение:

	Резисторы R₃ и R₅ соединены последовательно:
	Резисторы R₃₅ и R₄ соединены параллельно:
	Резисторы R₆ и R₄₃₅ соединены последовательно:
	Резисторы R₂ и R₄₃₅₆ соединены параллельно:
	Резисторы R₁ и R₂₃₄₅₆ соединены последовательно:

Разворачивая схему определяем все токи и напряжения на всех участках цепи:

Правильность решения проверяем балансом мощностей.

Баланс мощностей:

500 = 500

Пример 2

Определите токи ветвей электрической цепи, изображенной на рис-1, пользуясь методом узлового напряжения.

Дано: Е₁ = 70 В; Е₃ = 100 В; Е₄ = 200 В; R₀₁ = 2 Ом; R₀₃ = R₀₄ = 1 Ом;

R₁ = 18 Ом; R₂ = 5 Ом; R₃ = 24 Ом; R₄ = 9 Ом;

Решение.

I. Примем направление токов в ветвях к одному узлу - узлу А (рис. 1), тогда э.д.с. Е₁ и Е₄ считаются положительными, а э.д.с. Е₃ - отрицательной.

Узловое напряжение:

где

Токи ветвей

Знак «-» у тока означает, что его направление противоположно принятому предварительно. Действительные направления показаны на схеме двойными стрелками.

Пример 3

Определите токи ветвей цепи постоянного тока, применив метод узловых и контурных уравнений (по 1 и 2 законам Кирхгофа).

Составьте уравнение баланса мощностей.

Дано: Е₁ = 100 В Е₂ = 60 В R₀₁ = 1 Ом R₀₂ = 2 Ом R₁ = 36 Ом R₂ = 28 Ом R₃ = 10 Ом

Решение:

В схеме 3 ветви и 2 узла, значит надо составить всего 3 уравнения, из них 1 – по первому закону (т.к. составляется (n-1)уравнение, где n – число узлов) и 2 по второму. Выбираем обходы контура – по часовой стрелке.

Решая систему уравнений, получим:

Составляем баланс мощностей:

252,32 = 252,33

Баланс выполняется

Пример 4

Для неразветвленной цепи переменного тока определить следующие величины, если они не заданы: полное сопротивление, напряжение, приложенное к цепи, ток, угол сдвига фаз, активную, реактивную и полную мощности цепи. Частота тока f = 50 Гц.

Начертите в масштабе векторную диаграмму и поясните ее построение.

Поясните характер изменения тока, активной мощности и угла сдвига фаз в цепи при увеличении частоты в два раза.

R₁ = 4 Ом R₂ = 2 Ом L₁ = 38,2 мГн

С₁ = 796 мкФ Р= 24 Вт

Решение:

1). Сопротивления цепи:

а) индуктивное сопротивление:

б) емкостное сопротивление:

в) полное сопротивление цепи:

2). Ток, протекающий по цепи:

3). Напряжение, приложенное к цепи:

4). Мощности цепи:

5). Угол сдвига фаз:

6). Для построения векторной диаграммы определяем падения напряжения на всех участках цепи:

Масштаб: по току 0,25 А/см; по напряжению 2В/с.

7). Если частоту увеличить в 2 раза, то:

х = 24 - 2 = 12 Ом, → z → I уменьшится → P уменьшится → φ останется положительным и увеличится (63°) по модулю

Пример 5

Для цепи переменного тока с параллельным соединением ветвей задано:

R₁ = 2,4 Ом; R₂ = 4 Ом; L₁ = 10,2 мГн, U = 40 В; С₂ = 1061,5 мкФ; f = 50 Гц.

Определить: токи в ветвях и в неразветвленной части цепи, активные и реактивные мощности ветвей и всей цепи, полную мощность цепи, углы сдвига фаз в каждой ветви и во всей цепи. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи. При каком значении индуктивности первой ветви в цепи наступит резонанс токов?

1. Определим реактивные и полные сопротивления ветвей

2. Определим токи в ветвях:

3. Углы сдвига фаз в ветвях находим по синусам углов:

напряжение опережает ток на

напряжение отстает от тока на угол

4. Определим активные и реактивные составляющие тока в ветвях:

5. Определим ток в неразветвленной части цепи:

6. Определим коэффициент мощности всей цепи:

7. Определим активные и реактивные мощности ветвей и всей цепи:

8. Определим полную мощность цепи:

9. Векторная диаграмма

MI = 2А/см MU = 10 В/см

Ответ на вопрос. Условие резонанса

Пример 6

В трехфазную четырехпроводную сеть с линейным напряжением Uл включены звездой разные по характеру электроприемники. Определите линейные токи и ток нулевого провода, активную, реактивную и полную мощности цепи. Постройте векторную диаграмму цепи.